CC BY
18Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
УДК 699.8:546.7
Л.А. ГУЛАБЯНЦ, д-р техн. наук ([email protected])
Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, Москва, Локомотивный проезд, 21)
Радонозащитная способность ограждающих конструкций зданий и сокращение неоправданных
затрат при строительстве
Приведены формулы для расчета сопротивления радонопроницанию заглубленных ограждающих конструкций зданий, а также рассчитанные значения сопротивлений для конструкций из монолитного бетона толщиной от 0,1 до 1 м без гидро-газоизолирующего слоя и в сочетании с ним. Показано, что современные конструкции часто заведомо обеспечивают эффективную противорадоновую защиту зданий даже при экстремальных радоновых нагрузках. В таких случаях затраты на инженерные радиационные изыскания могут быть снижены.
Ключевые слова: радон, грунтовое основание, заглубленные конструкции, сопротивление радонопроницанию, снижение затрат.
L.A. GULABYANTS, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]) Scientific-Research Institute of Building Physics of RAACS (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow, 127238, Russian Federation)
Radon-Protection Ability of Enclosing Structures of Buildings and Reduction in Unnecessary Costs in Construction
Formulas for the calculation of resistance of embedded enclosing structures of buildings to radon penetration as well as calculated values of resistance for monolithic concrete structures of 0,1-1 m thickness without a hydro-gas isolating layer and in combination with it are presented. It is shown that up-to-date designs obviously ensure the efficient anti-radon protection of buildings even under extreme radon loads. In such cases, expenditures for engineering radiation investigations can be lowered.
Keywords: radon, soil base, embedded structures, resistance to radon penetration, cost reduction.
В Техническом регламенте о безопасности зданий и сооружений содержится ряд требований по обеспечению их радиационной безопасности. Одним из основных параметров, характеризующих уровень радиационной безопасности внутренней среды зданий, является доза облучения людей, формируемая вследствие альфа-излучения радона и его дочерних продуктов, содержащихся во внутреннем воздухе [1].
Впервые в РФ уровень предельно допустимой концентрации (объемной активности) радона в помещениях зданий был установлен в Нормах радиационной безопасности (НРБ РФ) более 20 лет, а в нормах развитых зарубежных стран более 30 лет назад. С момента ввода в действие НРБ по линии Минздрава было разработано и введено в действие множество нормативно-методических документов, регламентирующих порядок проверки зданий на их соответствие требованиям НРБ и соответственно требованиям Технического регламента в части радоно-безопасности. Эти требования могут быть выполнены исключительно путем принятия мер, которые должны предусматриваться на стадии разработки конструкторской документации проекта. Однако за последние 20 лет не разработано ни одного методического документа, определяющего правила проектирования зданий, удовлетворяющих поставленным требованиям. В настоящее время ни в одном из документов не установлены ни количественные критерии радонозащитной способности конструкций, ни расчетные методы определения требуемых по сообра-
6в1 -
жениям радонобезопасности параметров конструкций. В результате нередки случаи проектирования и строительства зданий с избыточной или недостаточной противора-доновой защитой. Первое ведет к неоправданному удорожанию строительства, второе - к нарушению требований норм. Таким образом, установленные законом требования существуют, а механизм выполнения этих требований для большинства специалистов проектных организаций остается неизвестным.
Цель статьи заключается в информировании разработчиков проектов жилых и общественных зданий о результатах исследований НИИСФ РААСН, направленных на ликвидацию отмеченного выше пробела.
Основная причина сверхнормативной концентрации радона в жилых и общественных зданиях, как правило, заключается в недостаточной способности ограждающей конструкции, образующей пол или несущий элемент пола подвала (техподполья), препятствовать переносу радона из грунтового основания в здание [2].
Грунты основания в большинстве случаев являются доминирующим источником поступлений радона и в зависимости от уровня концентрации в них природного радия-226 (материнского продукта радона) могут создавать весьма высокую радоновую нагрузку на конструкцию. Плотность потока радона, проникающего из грунта в здание, может измеряться десятками и даже сотнями мБк/(м2с). Определенный вклад в суммарные поступления радона в здание вносят материалы ограждающих конструкций. Однако этот
^^^^^^^^^^^^^ 62015
Научно-технический и производственный журнал
Reports of the VI Academic reading "Actual issues of building physics"
вклад относительно невелик. Например, удельные поступления радона в помещение, обусловленные его выделением внутри несущих стен из бетона, кирпича и т. п., в среднем составляют 2,5 и не превышают 5 мБк/(м2с). При таких поступлениях и кратности воздухообмена не ниже 0,2 ч-1 концентрация радона в помещениях близка к концентрации в наружном воздухе.
Будет ли здание заведомо и при любых обстоятельствах в достаточной мере защищено от избыточных поступлений радона или же с высокой вероятностью могут потребоваться специальные дополнительные мероприятия по его защите, предопределяется на стадии разработки проекта при выборе типа предполагаемого фундамента. Наиболее «слабыми» в рассматриваемом отношении являются малоэтажные здания (в том числе строящиеся по малобюджетным типовым проектам здания школ и детских учреждений), в которых используются ленточные фундаменты и непосредственно опирающиеся на них стены цокольного этажа. В таких зданиях полы подвала (техподполья) устраиваются в виде опирающихся на полку фундамента или плавающих, опирающихся на грунтовую подсыпку монолитных бетонных или пескобетонных плит толщиной от 5 до 10-15 см. Многочисленные стыки в местах примыкания плит к стенам абсолютно проницаемы для радона и почти всегда нуждаются в дополнительной герметизации, что достаточно трудоемко и дорого. При использовании такого рода конструкций всегда целесообразна расчетная проверка достаточности их ра-донозащитных свойств [3]. Для ее выполнения необходимы исходные данные о радиационных характеристиках грунтов, определяемые при проведении инженерных радиационных изысканий.
С позиции противорадоновой защиты безусловным преимуществом перед прочими обладают такие конструкции,
в которых вообще нет стыков между элементами и щелей, которые совпадают по своему направлению с направлением перемещения радона из грунта в здание. Отсутствие таких стыков исключает возможность конвективных поступлений радона из грунта в здание. Наилучшим образом это условие выполняется при устройстве сплошных по площади здания монолитных фундаментных плит из железобетона. Однако и такие плиты не всегда могут обеспечить требуемый уровень противорадоновой защиты. При определенных условиях бетон вследствие диффузии радона через поры и микротрещины может быть в значительной мере проницаем для радона. Плотность диффузионного потока радона, проникающего через бетонную конструкцию, зависит от толщины слоя бетона, его пористости и величины радоновой нагрузки на конструкцию.
Для количественной оценки радоновой нагрузки используют понятие величины радонового потенциала грунта П1П (Бк/м3) [4-8], значение которого вычисляется по формуле:
ПМ СЯа.гр ' Ргр ' кэ
(1)
где Сагр - удельная активность радия-226 в грунте, Бк/кг; ргр - плотность грунта, кг/м3; кжгр - коэффициент эманиро-вания, представляющий отношение активности свободного, т. е. способного к миграции, радона в грунте к активности всего радона, образующегося в грунте вследствие распада присутствующего в нем радия-226.
Радоновый потенциал представляет максимально возможное в рассматриваемых условиях значение объемной активности радона в грунте в плоскости его контакта с конструкцией. В силу большой территориальной вариабельности концентрации радия в грунтах, их радоновый потенциал могут составлять от долей единиц (в зонах вечной мерз-
Таблица 1
Толщина слоя бетона h, мм Rj сл, с/м Толщина слоя бетона hj, мм R2 сл, с/м
Толщина изолирующего слоя
h2 = 3 мм h2 = 6 мм
100 9,38-105 100 3,5-107 7,57-107
150 2,22-106 150 4,37-107 9,35-107
200 4,85-106 200 6,42-107 1,36-107
250 1,15-107 250 1,17-10® 2,44-108
300 2,59-107 300 2,28-108 4,75-108
350 5,87-107 350 4,74-108 9,8-108
400 1,47-108 400 1,09-109 2,25-109
450 3,32-108 450 2,36-109 4,85-109
500 6,86-108 500 4,76-109 9,75-109
550 1,49-109 550 1,01 -1010 2,06-1010
600 3,41 -109 600 2,25-1010 4,59-1010
650 6,16-109 650 4,06-1010 8,29-1010
700 1,11 -1010 700 7,34-1010 1,5-1011
750 2,01 -1010 750 1,33-1011 2,71 -1011
800 3,64-1010 800 2,4-1011 4,89-1011
850 6,57-1010 850 4,33-1011 8,84-1011
900 1,19-1011 900 7,82-1011 1,6-1012
950 2,15-1011 950 1,41 -1012 2,88-1012
1000 3,88-1011 1000 2,55-1012 5,21 -1012
62015
69
Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
лоты) до сотен (в ураноносных районах) кБк/м3. «Нормальное» значение радонового потенциала грунтов на территории Москвы составляет от 9 до 23 кБк/м3, экстремально высокое - около 100 кБк/м3.
Объемная активность радона на внутренней поверхности контактирующей с грунтом конструкции всегда на несколько порядков ниже, чем в грунте. Поэтому можно считать, что значение радонового потенциала с достаточной для практики точностью выражает значение разности объемных активностей радона на наружной и внутренней поверхностях конструкции.
Для того чтобы поступления радона из грунта в здание не превышали допустимого уровня, ограждающая конструкция должна в необходимой мере препятствовать проникновению радона, т. е. обладать соответствующей нагрузке ра-донозащитной способностью. Мерой такой способности служит величина сопротивления радонопроницанию R, c/м, представляющая разность объемных активностей радона на поверхности конструкции (Бк/м3), при которой через конструкцию проникает поток радона плотностью 1 Бк/(м2с). Величина, обратно пропорциональная сопротивлению радонопроницанию, т. е. плотность потока радона, который проникает через конструкцию при разности объемной активности радона на ее поверхностях, равной 1 Бк/м3, представляет коэффициент радонопроницания конструкции.
Величина R по своему физическому смыслу близка к используемой в строительной теплотехнике величине сопротивления теплопередаче конструкции. Однако отличается от нее тем, что при определении величины R учитывается распад радона внутри конструкции в процессе его переноса.
Значение сопротивления радонопроницанию однослойной конструкции вычисляется по формуле:
(2)
(3)
L
двуслойной конструкции - по формуле:
где h -толщина слоя материала в конструкции, м; D - коэффициент диффузии радона в материале слоя, м2/с; L—^D/Хцп - длина диффузии радона в материале слоя, м; ^Rn - постоянная распада радона (2,0974 10-6 с-1).
В правой части формулы (3) подстрочные индексы «1» и «2» соответствуют 1-му и 2-му слоям конструкции. Значение величины Дг.сл от порядка расположения слоев в конструкции практически не зависит.
По мере увеличения числа слоев разнородных материалов в конструкции формулы вида (3) становятся все более громоздкими. Однако их применение не имеет практического смысла, так как радонозащитная способность современных заглубленных конструкций, как правило, определяется свойствами одного или двух наименее проницаемых слоев, прежде всего слоя бетона и гидрогазоизолирую-щего слоя. Присутствие в конструкции таких элементов, как подготовка из тощего бетона, выравнивающие и защитные слои, песчаная подсыпка и т. п., существенного влияния на рассматриваемые свойства конструкции не оказывает и поэтому может не учитываться.
Приближенно (с незначительным занижением определяемой величины) сопротивление радонопроницанию конструкции с количеством расчетных слоев более двух можно рассчитать как сумму сопротивлений отдельных слоев, определяемых по формуле (2).
При рассмотрении вариантов проекта заглубленной части здания независимо от уровня радоновой нагрузки по-
Таблица 2
Толщина слоя бетона h, мм Р Толщина слоя бетона hv мм Р
Толщина изолирующего слоя
h2 = 3 мм h2 = 6 мм
100 1-100 100 3,7101 8,1101
150 2,4-10° 150 4,7101 1102
200 5,2100 200 6,8101 1,4102
250 1,2101 250 1,2102 2,6102
300 2,8101 300 2,4102 5,1102
350 6,3101 350 5102 1103
400 1,6102 400 1,2103 2,4103
450 3,5102 450 2,5103 5,2103
500 7,3102 500 5,1103 1104
550 1,6103 550 1,1104 2,2104
600 3,6103 600 2,4104 4,9104
650 6,6103 650 4,3104 8,8104
700 1,2104 700 7,8104 1,6105
750 2,1104 750 1,4105 2,9105
800 3,9104 800 2,6105 5,2105
850 7104 850 4,6105 9,4105
900 1,3.10s 900 8,3105 1,7106
950 2,3105 950 1,5106 3,1106
1000 4,1105 1000 2,7106 5,6106
70
6'2015
Научно-технический и производственный журнал
Reports of the VI Academic reading "Actual issues of building physics"
лезно знать, как изменяется сопротивление радонопрони-цанию конструкции в зависимости от принятия того или иного решения. Кроме того, располагая данными о радоновом потенциале грунта и сопротивлении радонопроница-нию конструкции, по формуле:
<2^=1000.^ (4)
можно приблизительно определить значение плотности потока радона (мБк/ (м2с), проникающего из грунта в здание.
В табл. 1 приведены значения сопротивления радо-нопроницанию однослойной и двуслойной бетонных конструкций различной толщины и их сочетаний с гидро-газоизолирующими слоями из часто применяемых рулонных материалов на битумно-полимерной основе типа Тех-ноэласт, Гидростеклоизол, Филизол, Бикрост и т. п. Приведенные в табл. 1 данные рассчитаны с использованием характерных для рассматриваемых материалов значений объемных коэффициентов диффузии радона: для бетона - от 1,1 • 10-7 до 1,5-10-8 м2/с; для изоляционного материала - 1 • 10-10 м2/с [9, 10].
Для сравнительной оценки радонозащитной способности показанных в табл. 1 конструкций, в табл. 2. приведены значения отношений (р) их сопротивления радонопрони-цанию (Д1лд и .Лг.сл) к сопротивлению слоя бетона толщиной 100 мм.
Из табл. 2 видно, что сопротивление различных конструкций в зависимости от их состава может отличаться в миллионы раз. Так, сопротивление слоя бетона при увеличении его толщины от 100 до 400 мм возрастает в 160 раз, а до толщины 600 мм - в 3600 раз. Сопротивление бетонной плиты толщиной 850 мм со слоем изолирующего материала 6 мм почти в миллион раз выше, чем плиты толщиной 100 мм без изолирующего слоя.
Если принять условие, что конструкция, которая при максимально возможной радоновой нагрузке пропускает ничтожно малый поток радона (<1 мБк/(м2с), квалифицируется как практически радононепроницаемая, то, используя формулу (4), можно установить, что в условиях Москвы радононепроницаемыми являются все конструкции с сопротивлением радонопроницанию более 108 с/м (часть табл. 1, выделенная темным тоном). Из этого следует, что если изначально и безотносительно к вопросу о радонобезопасно-сти при разработке проекта здания предполагается устройство фундамента, например, в виде сплошной монолитной железобетонной плиты толщиной 400 мм и более, то тратить усилия и средства на осуществляемую сегодня в обязательном порядке оценку потенциальной радоноопасно-сти участка застройки при проведении инженерных радиационных изысканий совершенно не имеет смысла. Учет изложенных выше соображений позволит по самой скромной оценке снизить в масштабе Москвы стоимость строительства на десятки миллионов рублей в год.
Список литературы
1. Жуковский М.В., Ярмошенко И.В., Киселев С.М. Современные подходы к нормированию облучения радоном и анализ последствий их применения в России // АНРИ. 2011. № 4. С. 18-25.
2. Жуковский М.В., Васильев А.В. Определение механизмов и параметров поступления радона в помещение // АНРИ. 2012. № 1. С. 5-14.
6'2015 ^^^^^^^^^^^^^
3- Гулабянц Л,А, Определение требуемой радонозащитной способности подземных ограждающих конструкций зданий // Жилищное строительство. 2009, № 7, С, 34-38,
4, Гулабянц Л-А- Противорадоновая защита жилых и общественных зданий- Ч, 1 // Жилищное строительство. 2012- № 2- С- 28-315, Гулабянц Л,А, Противорадоновая защита жилых и общественных зданий, Ч, 2 // Жилищное строительство. 2012, № 3, С, 27-31,
6, Гулабянц Л,А, Противорадоновая защита жилых и общественных зданий- Ч- 3 // Жилищное строительство. 2012- № 5- С- 28-327, Гулабянц Л,А, Противорадоновая защита жилых и общественных зданий- Ч- 4 // Жилищное строительство. 2012- № 6- С- 82-858, Микляев П,С,, Петрова Т,Б,, Климшин А,В,, Смирнова А,П, Картирование геогенного радонового потенциала (на примере территории Москвы) // АНРИ. 2015, № 1, С, 2-13,
9, Гулабянц Л,А,, Цапалов А,А, Радонопроницаемость рулонного материала Техноэласт // Строительные материалы. 2008, № 10, С, 69-71,
10, Гулабянц Л,А,, Цапалов А,А, Радонопроницаемость тяжелого бетона // Жилищное строительство. 2011, № 1, С, 39-41,
References
1, Zhukovskiy M,V,, Yarmoshenko I,V,, Kiselev S,M, Modern approaches to rationing of radon exposure and analysis of the consequences of their application in Russia, ANRI. 2011, No, 4, pp, 18-25, (In Russian),
2, Zhukovskiy M,V,, Vasil'ev A,V, Defining mechanisms and parameters of radon in the room- ANRI. 2012- No- 1, pp, 5-14, (In Russian),
3, Gulabyants L,A, Determination of required radon protective capacity of underground enclosing structures of buildings, Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction], 2009, No, 7, pp, 34-38, (In Russian),
4, Gulabyants L,A, Anti-Radon Protection of Residential and Public Buildings (Manual for designing, a draft), Part I, Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]- 2012-No, 2, pp, 28-31, (In Russian),
5- Gulabyants L-A- Anti-Radon Protection of Residential and Public Buildings (Manual for designing, a draft), Part II, Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction], 2012, No, 3, pp, 27-31, (In Russian),
6, Gulabyants L,A, Anti-Radon Protection of Residential and Public Buildings (Manual for designing, a draft), Part III, Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction], 2012, No, 5, pp, 28-32, (In Russian),
7, Gulabyants L,A, Anti-Radon Protection of Residential and Public Buildings (Manual for designing, a draft), Part IV, Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction], 2012, No, 6, pp, 82-85, (In Russian),
8, Miklyaev P,S,, Petrova T,B,, Klimshin A,V,, Smirnova A,P, Mapping geogenic radon potential (for example, in Moscow), ANRI. 2015, No, 1, pp, 2-13, (In Russian),
9, Gulabyants L,A,, Tsapalov A,A, Radon permeability of rolled material of Tekhnoelast, Stroitefnye Materialy [Construction Materials], 2008, No, 10, pp, 69-71, (In Russian),
10, Gulabyants L,A,, Tsapalov A,A, Radon permeability of heavy concrete, Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction], 2011, No, 1, pp, 39-41, (In Russian),
- 71
